차세대 태양전지 성능 향상, 열쇠 찾았다!

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재료연 김창수 박사 연구팀, 고효율 적층형

하이브리드 태양전지 개발

재료분야 세계 최고 권위 학술지 Advanced Materials

 표지논문 게재!

 

 기존 태양전지의 장점만을 융합한 고효율화된 차세대 하이브리드 태양전지를 제작할 수 있는 원천기술이 국내 연구진에 의해 개발돼 세계적인 관심을 받고 있다.

 

 재료연구소(소장 강석봉)는 소자기능박막연구실(실장 김동호) 김창수 박사팀이 개발한 고효율 적층형 하이브리드 태양전지 기술이 재료분야 세계 최고 귄위지인 ‘Advanced Materials(어드밴스트 머터리얼스지)’ 최신호(8월28일자)에 표지논문(Back cover)으로 게재됐다고 밝혔다.

(* 논문제목 : High Efficiency Inorganic/Organic Hybrid Tandem Solar Cells)

 

 지금까지 실리콘박막 태양전지와 유기 태양전지를 융합한 하이브리드 태양전지의 경우 2% 이하의 낮은 효율을 보이는 등 실험적으로 고효율화된 사례가 없어 더욱 주목받고 있다.

 

 이번 기술은 고효율의 실리콘박막 태양전지와 저가의 유기 태양전지를 적층형 구조로 제작해 효율성과 가격경쟁력이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 원천기술로 평가되고 있다.

 

 김 박사팀은 건전지 두 개를 직렬로 연결하면 출력 전압이 두 배가 되는 현상을 응용해 태양전지의 효율을 높였다.

 실리콘박막 태양전지와 유기 태양전지를 층층이 쌓은 적층구조로 배치한 뒤 아래에 위치한 태양전지의 투과도를 조절해 위쪽 태양전지의 빛을 최대한 흡수, 성능을 기존 대비 3배 이상 향상시켰다.

 또 두 태양전지 가운데 전도성 고분자와 투명 산화물을 넣어 각각의 태양전지에서 나오는 전자나 정공을 선택적으로 이동시킬 수 있도록 유도했으며 계면저항도 최소화했다.

 

 이번에 개발된 기술은 다양한 구조의 태양전지에 접목해 태양광의 활용 효과를 배가시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또 실리콘 박막이나 유기물이 이용되는 디스플레이, 트랜지스터 등 전자기기 제작에도 적용될 수 있다.

 

 김창수 박사는 “무기소재와 유기소재를 이용한 하이브리드 태양전지를 더욱 고효율화할 수 있는 원천기술을 개발해 향후 차세대 태양전지의 상용화에 한 발짝 다가설 수 있는 가능성을 제시했다는 점에서 이번 연구 성과는 매우 의미있는 것”이라며 “현재 단일구조의 하이브리드 태양전지에서도 10% 이상의 세계 최고 효율 달성을 목표로 추가 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.

 

 실리콘박막 태양전지는 고효율 및 생산 안정성으로 주목받고 있지만 높은 생산단가에 비해 유연성이 떨어지는 약점이 있다. 반면 유기 태양전지는 저렴한 제조단가, 가벼운 소자, 높은 유연성을 지녔지만 효율성이 낮다.

 연구팀은 두 태양전지의 장점이 융합된 하이브리드 태양전지를 통해 공정과 단가, 유연성은 유기 태양전지 수준을 목표로, 발전효율은 실리콘박막 태양전지 수준을 목표로 연구 활동에 더욱 박차를 가할 계획이다.